Az Univerzum szerkezetének következő változatát Frank Steiner fizikus, az Ulmi Egyetemről (Universität Ulm) terjesztette elő, kollégáival együtt újra elemezve a Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) űrszonda által gyűjtött adatokat, amelyeket egyszer indítottak útnak. részletesen rögzíteni a háttérsugárzást.
Azonban ne rohanjon beszélni az univerzum széleiről. A helyzet az, hogy ez a poliéder össze van zárva önmagával, azaz elérve az egyik lapját, egyszerűen visszajutsz a többdimenziós „Mobius hurok” ellenkező oldalán keresztül.
Érdekes következtetések vonhatók le ebből az előadásból. Például, hogy egy "szupergyors" rakétával egyenes vonalban repült, végül visszatérhet a kiindulási ponthoz, vagy ha egy "nagyon nagy" távcsövet vesz, ugyanazokat a tárgyakat láthatja a tér különböző részein, csak a fénysebesség végessége miatt – az élet különböző szakaszaiban.
A tudósok megpróbáltak ilyen megfigyeléseket végezni, de a „tükörtükrözéshez” hasonlót nem találtak. Vagy azért, mert hibás a modell, vagy azért, mert nincs elég "tartomány" a modern megfigyelőcsillagászatnak. Ennek ellenére az univerzum alakjáról és méretéről szóló vita folytatódik.
Most Steiner és társai új tűzifát dobtak a tűzbe.
Planck súlya körülbelül két tonna. A Lagrange L2 pont körül kell cirkálnia. Ahogy a műhold forog a tengelye körül, fokozatosan rögzít egy teljes mikrohullámú háttértérképet, példátlan pontossággal és érzékenységgel (az ESA/AOES Medialab és az ESA/C. Carreau illusztrációi).
A német fizikus több univerzum-modellt állított össze, és tesztelte, hogyan alakulnak ki bennük a mikrohullámú háttérsűrűség-hullámok. Azt állítja, hogy a fánk univerzum a legjobban illeszkedik a megfigyelt kozmikus mikrohullámú háttérhez, és még az átmérőjét is kiszámította. A fánk 56 milliárd fényév átmérőjűnek bizonyult.
Igaz, ez a tórusz nem egészen hétköznapi. A tudósok 3-tórusznak hívják. Valódi formáját nehéz elképzelni, de a kutatók elmagyarázzák, hogyan lehet legalább megpróbálni elkészíteni.
Először képzelje el, hogyan képződik egy közönséges "fánk". Fogsz egy papírlapot, és összehajtod egy csőbe, és összeragasztod a két szemközti szélét. Ezután a csövet tóruszba tekered, összeragasztva a két ellentétes "kijáratát".
A 3-torussal minden ugyanaz, csakhogy nem egy lapot, hanem egy kockát veszünk kiindulási összetevőnek, és nem a síkok széleit kell ragasztani, hanem minden szemközti oldalpárt. Sőt, úgy ragasszuk fel, hogy miután a kockát az egyik lapján keresztül elhagyjuk, azt tapasztaljuk, hogy az ellenkező oldalán keresztül ismét bejutottunk.
Több Steiner munkáját kommentáló szakértő megjegyezte, hogy az nem bizonyítja végérvényesen, hogy az univerzum egy "nagy dimenziós fánk", hanem csak annyit mond, hogy ez a forma az egyik legvalószínűbb. Emellett egyes tudósok hozzáteszik, hogy a dodekaéder (amit gyakran egy futballlabdához hasonlítanak, bár ez helytelen) még mindig „jó jelölt”.
Frank válasza erre egyszerű: a végső választás a formák között a háttérsugárzás WMAP által végzett mérésénél pontosabb mérése után tehető meg. Egy ilyen felmérést pedig hamarosan az európai Planck műhold is végez, amely 2008. október 31-én indul.
„Filozófiai szempontból tetszik az az elképzelés, hogy az univerzum véges, és egy nap teljesen felfedezhetjük, és mindent megtudhatunk róla. De mivel a fizika kérdéseit nem lehet filozófiával megoldani, remélem, Planck válaszol rájuk” – mondja Steiner.
2003 legelején a WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) űrszondán végezték el a háttérháttér első megfigyeléseit. Most először sikerült számos kozmológiai paramétert szokatlanul nagy pontossággal mérni. Ám néhány hónapon belül megszülettek az első, legfontosabb eredmények és jóslatok, a lelkesedés alábbhagyott, és a tudósok kíváncsisága a kapott eredményekről a megmagyarázhatatlan problémák felé terelődött.
Észrevételek
Az egyik ilyen probléma az ereklye háttér két legalsó multipólusának (gömbharmonikusának), a kvadrupólusnak és az oktupólusnak a nagyon alacsony amplitúdója. Ez a probléma korábban is ismert volt, de csak a nagyon pontos WMAP adatoknál vált "teljes méretűvé". Valójában a legalacsonyabb gömbharmonikus a dipólus. Leírja az ereklye viselkedését 180 o-os szögskálákon: az égi gömb egyik féltekén a mikrohullámú háttér hőmérséklete és fényessége magasabb, a másikban pedig alacsonyabb. Sajnos ez a harmonikus nem választható el a Doppler-effektus háttérre gyakorolt hatásától, amely a megfigyelő mozgásához kapcsolódik. A második harmonikus (kvadrupólus) az ereklye hőmérséklet-ingadozásainak eloszlását írja le 90 o -os, a harmadik harmonikus (oktupólus) pedig 60 o-os szögskálákon (lásd 1. ábra). Kiderült, hogy a kvadrupólus megfigyelt amplitúdója csak 1/7-e az elmélet által megjósolt szintnek, az oktupólus amplitúdója pedig 72% (lásd 2. ábra). Ez az eltérés túl nagy, és nehezen magyarázható a megfigyelt mikrohullámú kozmikus háttér véletlenszerű ingadozásaival. Egyes kutatók „új fizika” bevezetését kezdték javasolni ennek az eltérésnek a magyarázatára (lásd például a preprint astro-ph/0306597), mások nem értettek egyet velük. Eddig azonban senki nem javasolt olyan fizikai mechanizmust, amely a két alsó harmonikus amplitúdójának csökkenéséhez vezetne.
 |
|
Rizs. 2. A CMB fluktuációk szögeloszlásának teljesítményspektruma WMAP adatok és néhány más kísérlet alapján. Az ingadozások amplitúdója függőlegesen, a felharmonikusok száma vízszintesen van ábrázolva (kezdve l =2) vagy szögmérlegek. A fekete pontok a megfigyelési adatok, a piros vonal az elméleti modell előrejelzései egy lapos Univerzumra, amely a legjobban egyezik a megfigyelésekkel, a szürke sáv az elméleti előrejelzések megengedett hibája. A két legalacsonyabb harmonikus túl alacsony értéke zöld színnel jelenik meg. Csak egy oktupólus alacsony amplitúdója ( l =3) nem elég jelentős, de együtt nagyon alacsony a második harmonikus értékével fontos megfigyelési tényekké válnak. |
Topológia
Nagyon könnyű elképzelni az ellenkező helyzetet, amikor az Univerzum látható részének mérete kisebb, mint a kezdeti ábra. Ebben az esetben az általunk megfigyelt kép nem fog eltérni attól, amit egy végtelen Univerzumban látnánk, egyszerű topológiával (ez a különbség később, kozmológiai léptékben jelentkezhet).
Valójában minden nehezebb. Amikor más galaxisokat figyelünk meg, nem csak a távolba nézünk, hanem a múltba is. Ennek oka a fénysebesség végessége. Ha Univerzumunk mérete néhány megaparszek lenne, akkor Galaxisunk másolataiból származó fény több millió év múlva érne el hozzánk, ezalatt a galaxis nem változik túl sokat, és ezekben a "visszaverődésekben" „felismerhetnénk magunkat”. és talán még a naprendszert is megpróbálta megtalálni bennük. Ha a kezdeti világ méretét több százezer fényévre növeljük, az ilyen azonosítás nehézzé válik, és 2-3 milliárd évvel korunk előtt egyszerűen nem tudtuk felismerni a Tejútrendszert. Azonban az elmúlt 10-20 év során végzett, 1000 megaparszek vagy annál kisebb méretű periodikus szerkezetek keresése nem hozott pozitív eredményt. Ez azt jelenti, hogy ha az Univerzumunknak korlátozott a térfogata, akkor a méretei nagyon nagyok, ha magunkat látjuk, akkor olyan távoli múltban, hogy gyakorlatilag lehetetlenné válik a modern tárgyakkal való bármilyen azonosítás.
Kozmológia
Milyen előrejelzéseket ad az univerzum dodekaéderes modellje, és hogyan viszonyulnak ezek a megfigyelésekhez?
Ebben a modellben a térnek pozitív görbületűnek kell lennie (zártnak kell lennie), és szigorúan meghatározott értékkel kell rendelkeznie az átlagos sűrűség és a kritikus érték arányának $\Omega\simeq1.013$ (ez az érték egy matematikai állandó tetszőleges számú tizedesjegygel számítva). És ez az érték a megengedett tartományba esik! A WMAP adatok $\Omega=1.02\pm0.02$-t adnak.
Hogyan épül fel egy ilyen univerzum?
A $\Omega=1,013$ kozmológiai modellnél a horizont sugara az Univerzum görbületi sugarának 38%-a ( R ), és a dodekaéder határai a 31%-os intervallumban lesznek. R (arcközpontok) akár 39% R (csúcs) a középpontjától. Egy ilyen poliéder térfogata a horizont gömb térfogatának 83% -a lesz. A dodekaéder méreteinek a görbületi sugárhoz viszonyított aránya állandó marad, mivel az Univerzum tágulásával ezek a mennyiségek egymással arányosan változnak. Az univerzum horizontja másként viselkedik. Viselkedése a tágulás törvényétől függ, ezt a (és az abban megadott hivatkozások) írják le részletesebben.
Foltok az égen
Univerzumunk összetett topológiája csak akkor jelenik meg megfigyelésekben, ha a horizont méretei meghaladják az eredeti poliéder méreteit, és másolatainak egy része legalább részben beleesik az Univerzum számunkra elérhető tartományába. Ha az eredeti alak mérete meghaladja a horizontot, de a megfigyelt kép nem tér el a végtelen Univerzum nézetétől. Sematikusan ez az állítás az ábrán látható. 12.
A fenti horizontmérethez (0,38 R ) az Univerzum másolatainak jelenléte hat pár 70 o átmérőjű kör formájában fog megnyilvánulni, amelyek ellentétes irányban helyezkednek el az égi szférán. Akkor jönnek létre, amikor az utolsó szórógömb metszi a dodekaéder lapjait. Az utolsó szórási gömb (rekombinációs határ) a WMAP adatok szerint az átlagos vöröseltolódásnál z=1089$\pm$1, azaz. valamivel a horizont alatt. Az ereklye sugárzás hőmérséklete egy ilyen pár egyes köreiben ugyanúgy eltér az átlagos értékétől, mivel a körökből regisztrált sugárzást az Univerzum ugyanazzal az anyaggal töltött régiói bocsátják ki (lásd 13. ábra).
Elméleti szempontok
Az a tény, hogy Univerzumunk zártnak bizonyulhat, már korábban is felvet bizonyos kérdéseket, ami ma már sikeresen megmagyarázza a minket körülvevő Univerzum legtöbb tulajdonságát. Ebben a problémában (az infláció egy zárt Univerzumban) még nincs teljes egyértelműség, de úgy tűnik, hogy a kozmológusok készek a megoldásra.
Következtetés
Hogyan lehet megerősíteni vagy cáfolni a cikkben leírt modellt? Két következményt jósol, amelyek lehetővé teszik a kísérleti ellenőrzést, és a közeljövőben:
- Az Univerzumot a következővel kell zárni: $\Omega=1,013$;
- Hat 70 o átmérőjű körpárt (amelyek középpontjai egy szabályos dodekaéder lapjainak felezőpontjainak felelnek meg) kell megfigyelni az égbolton, a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzási perturbációk eloszlását, amelyekben páronként korrelálni kell egymással. .
És természetesen továbbra is fennáll annak a lehetősége, hogy a cikk elején idézett tényekre egészen más magyarázatokat találjanak. (Ez eléggé várható, hiszen a jelek szerint pontosan így nagyon kevés topológiailag összetett modell létezik az univerzumnak. Egyelőre ezek csak a CMB teljesítményspektrum első két harmonikusának alacsony amplitúdói. Ennyi elég is ahhoz, hogy elkezdjük vitatkozni erről a modellről, de további érvekre van szükség ahhoz, hogy a tudományos közösséget meggyőzzük a modell „komolyságáról”.)
M. E. Prokhorov SAI, Moszkva
Megjegyzések (12):
Jó cikk.
Van min gondolkodni.
Itt a rész elején
Topológia
véges térfogatú végtelen euklideszi tér felépítését említik. Az ilyen konstrukciókkal foglalkozni kell och. szépen.
Ezen feltételezések alapján az kifinomult hatások, amelyek zsákutcába vezetik a gondolatot. Ebben a sémában egy ilyen szőnyeget fátyolos formában használnak. absztrakció Null_space néven (hadd emlékeztessem önöket, a Null_space egy tér kiterjesztés és idő nélkül).
Körülbelül 30 évvel, vagy akár mind 50 évvel ezelőtt minden tudományos és közel tudományos folyóirat ilyen vagy olyan formában eljátszotta ennek a mat.anyagnak a tulajdonságait. És a sci-fi írók ... gyakorlatilag "Zero_jump", "Zero_transition" néven használták ...
Milyen hirtelen derült ki, hogy ennek az anyagnak van egy, de rendkívül kellemetlen tulajdonság:
"Felmerült" valahol a szomszédságban_kontaktus több_kevésbé valós következetességgel
A Null_space változatlanul elkezdi felszívni ezt a konzisztenciát, és miután elnyelte, önmagát megsemmisíti.
Ma már a tudományos-fantasztikus írók is elhagyták, és féregjáratokkal vagy féreglyukakkal helyettesítették.
Lehet, hogy az Univerzum nem valamiféle golyó vagy dodekaéder formáját ölti, hanem... egy kürt vagy egy bug. Pontosabban az egész kozmoszunk egyfajta hosszú csővé nyúlik ki, amelynek egyik oldalán keskeny vége, másik oldalán "harang". Univerzumunk ilyen "konstrukciója" többek között azt jelenti, hogy véges, és egyes helyeken vannak olyan területek, ahol láthatja a saját fejét. Talán az "érzékletes" emberek számára mindez teljes nonszensznek vagy egy szürrealista álmának hangzik, de Frank Steiner (Frank Steiner) matematikus, a német Ulmi Egyetemről (Universität Ulm) és munkatársai számításai hiteles kísérleti eredményeken alapulnak. 2003-ban a híres WMAP szondával (NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) szerzett adatok.
Az új, szokatlan modellt arra tervezték, hogy megmagyarázzon két rejtélyes körülményt, amelyek annyira zavarba ejtik az asztrofizikusokat: egyrészt a kozmikus mikrohullámú sugárzás "forró" és "hideg" pontjainak eloszlásának szokatlan természetét, másrészt a jel "zavarását" nagy léptékek (körülbelül 60 foknál nagyobb szögben lévő vagy egyértelműen meghatározott "meleg" vagy "hideg" területek hiánya). Steiner jelenlegi világegyetem térfogata körülbelül 1032 köbfényév. Amikor az Univerzum még csak 380 ezer éves volt, olyan kicsi volt, hogy elég nagy ingadozások egyszerűen nem jöhettek létre benne.
Az új modellben, amelyet az úgynevezett Picard topológia határoz meg, az univerzum nagyon szeszélyes módon ívelt. Egyik vége végtelenül megnyúlt, másrészt viszont annyira leszűkült, hogy ennek következtében véges térfogata van. Ezzel szemben a „harang” élesen, de korántsem a végtelenségig kitágul, és ha egy űrhajón a „duzzadt” végére repülnénk, akkor valamikor a „cső” túloldaláról térnénk vissza ( lásd a felső ábrát). Emile Picard (1856-1941) francia matematikus, aki differenciálegyenletekkel, szinguláris pontokkal, aszimptotikus megoldásokkal, függvényelméletekkel stb. foglalkozott, egyébként a Szentpétervári Tudományos Akadémia külföldi levelező tagja (1895). és a Szovjetunió Tudományos Akadémia külföldi tiszteletbeli tagja (1925).
A szarv alakú modellt már az 1990-es években javasolták a WMAP elődje, a COBE (Cosmic Background Explorer) műhold adatainak elemzése során felmerült anomáliák helyes leírására, de Steiner csoportja volt az első, amely kimutatta, hogy ez az ötlet. konzisztens és a WMAP adatok is. 2003-ban már egy másik modellt is előterjesztettek, amelyet a WMAP eredményeinek megfelelően terveztek, és eszerint az Univerzum is végesnek bizonyult, de a világ alakja más volt (a dodekaéder, tévesen futballlabdának nevezett " a sajtóban). Egyéb lehetőségek az univerzum lehetséges alakjára - "fánk" (toroid alakú) vagy lapos gömb (néhány hónappal ezelőtt az Egyesült Államok Pennsylvania államának tudósai javasolták).
A fizikai tér klasszikus fogalma olyan alapvető topológiai tulajdonsággal ruházza fel, mint a konnektivitás. A fizikai tér - a háromdimenziós összekapcsolt sokaság lényege - az idővel egyetlen négydimenziós téridővé egyesül. Ha most egy összefüggő, de nem egyszerűen összefüggő téridő modelljét tekintjük, akkor nagyon is lehetséges szétválasztott háromdimenziós térszerű szakaszok kimutatása. Sőt, egy $M_1$ szétkapcsolt szakaszt egy gömbtranszformáció segítségével kaphatunk az összekapcsolt $M_0$-ból, és ebből következően egy összekapcsolt és szétkapcsolt szakaszt tekinthetünk valamilyen geometriodinamikai folyamat kezdeti és végállapotának (Lorentzi kobordizmus). ). Ennek során a 3-geometria átmeneten megy keresztül egy bizonyos $M_(1/2)$ kritikus állapoton, ami megfelel a térszerű szakasz kapcsolatának megsértésének.
Érdekes lenne kideríteni, hogy milyen feltételek mellett jön létre a térszerű szakaszok szétkapcsolása, vagy a sajátos differenciál-topológiai modelltől eltekintve, hogy lehetséges-e, hogy valamilyen fizikai folyamat során a háromdimenziós tér $M_0$ megszakad. Szavakban szabadságot véve azt mondhatjuk, hogy a kapcsolat megsértése a $D_0$ régió elszakítását jelenti $M_0.$-ról
Valójában ez egy népszerű cikk az univerzum topológiájáról. A Lumine egy szenzációs cikk szerzőjeként ismert, amelyben a CMB-adatokat egy modell keretein belül értelmezték egy nem triviális topológiában. Ez az áttekintés leírja, hogyan néznek ki az ilyen modellek, hogyan lehet őket összevetni a rendelkezésre álló adatokkal, és így tovább.
Az univerzum jelenlegi állapota még mindig nagyon rosszul ismert. Valószínűleg azonban már létezik válasz arra a kérdésre: Milyen a világegyetem jelenlegi alakja? A hosszú távú megfigyelések kimutatták, hogy az Univerzumnak számos olyan fizikai tulajdonsága van, amelyek drasztikusan csökkentik az alakjára pályázók számát.
És az Univerzum topológiájának egyik fő ilyen tulajdonsága a görbülete. A ma elfogadott koncepció szerint körülbelül 300 000 évvel az ősrobbanás után az univerzum hőmérséklete olyan szintre esett le, amely elegendő ahhoz, hogy elektronokat és protonokat egyesítsen az első atomokká.
Amikor ez megtörtént, a kezdetben töltött részecskék által szétszórt sugárzás hirtelen képessé vált akadálytalanul áthaladni a táguló univerzumon. Ez a sugárzás, amelyet ma kozmikus mikrohullámú háttérként vagy kozmikus mikrohullámú háttérként ismerünk, meglepően egyenletes, és csak nagyon csekély intenzitási eltéréseket (ingadozásokat) mutat az átlagértéktől. Ilyen homogenitás csak az Univerzumban létezhet, amelynek görbülete mindenhol állandó.
A görbület állandósága azt jelenti, hogy az Univerzum tere három lehetséges geometria egyikével rendelkezik: lapos euklideszi gömb alakú pozitív görbülettel vagy hiperbolikus negatív görbülettel.
Carl Friedrich Gauss német matematikus még a 19. század első felében arra a kérdésre kereste a választ: vajon görbültek-e a Föld gömbtere felett áthaladó fénysugarak pályái? Kiderült, hogy kis (csillagászati mércével mérve) léptékben az Univerzum euklidesziként jelenik meg. A közelmúltban, az Antarktisz fölé emelt léggömbökkel végzett kutatások is alátámasztják ezt a következtetést.
A CMB szögteljesítmény-spektrumának mérése során egy csúcsot regisztráltak, ami a kutatók véleménye szerint csak a hideg fekete anyag - viszonylag nagy, lassan mozgó objektumok - létezésével magyarázható pontosan az Euklideszi Univerzumban. Vagyis a tudósok egészen magabiztosan állítják, hogy Univerzumunk terét Eukleidész geometriájával kell kielégítően leírni, mint egy nagyon kis görbületű háromdimenziós teret.
„Az Univerzum új elképzelése, egy új kozmológia következik az általános relativitáselméletből. Einstein a különböző testek gravitációs mezőit tér-idő görbületnek tekintette az ezeket a testeket körülvevő területeken... vegyünk egy négydimenziós téridőt, i.e. a természet összes testének világvonalainak összessége. Ezek a világvonalak erősebben görbülnek a súlypontok közelében. De nincs valami közös görbületük összességében?...
Einstein azt javasolta, hogy csak a tér görbe, az idő pedig nem. Ezért egy adott földrajzi pontból kiindulva a legrövidebb úton az Univerzumon keresztüli utazás során egy zárt térbeli pályát írunk le, és egy másik időpontban térünk vissza ugyanarra a pontra, mondjuk Kr. e. egy billió év múlva. e. Ez azt jelenti, hogy a világtér véges (ugyanabban az értelemben, ahogy Földünk kétdimenziós térfelülete is véges), az idő pedig végtelen. Analógia útján találhatunk kétdimenziós teret - egy felületet, amely az egyik dimenzióban görbült és véges, de egy másik dimenzióban egyenes és végtelen, ilyen a henger felülete.
Ha egy végtelen hosszúságú henger köré vonalat húzunk (a legrövidebb út mentén), akkor ugyanabba a pontba térünk vissza. Ha egy vonalat húzunk a henger mentén, az egyenes és végtelen lesz. E analógia alapján Einstein görbült világtérről és nem görbült időről alkotott hipotézisét a hengeres világ hipotézisének nevezték.
1922-ben A.A. Friedman azt javasolta, hogy a világtér görbülete idővel változik. Úgy tűnik, az univerzum tágul."
Mit jelent a tér háromdimenziós voltára vonatkozó állítás? Hogyan keletkeztek a tér dimenziójával kapcsolatos modern elképzelések a fizikában és a matematikában? Milyen szerepet játszik a tér háromdimenzióssága a fizika alaptörvényeiben? A könyvet ezeknek a kérdéseknek szentelték. Szóba kerül a dimenziófogalom szerepe a mikro- és megavilág fizikában, a dimenziófogalom különböző megközelítéseinek összefüggései, a fizika és a geometria kapcsolata. A tér dimenziójával kapcsolatos modern eszmék létrejöttének történetével együtt a figyelemre méltó tudósok - fizikusok és matematikusok - munkájáról szól: A. Einstein, P. Ehrenfest, A. Poincaré, P. S. Uryson és mások.
A modern differenciálgeometria egyik fontos problémája adott geometriai tulajdonságú betonterek konstrukciója és példáinak tanulmányozása. Az egyik ilyen probléma az adott holonómiacsoporttal rendelkező Riemann-sokaságok keresése és topológiai tulajdonságaik vizsgálata. Egy sokaság holonómiacsoportját ismerve sokat elmondhatunk görbületéről, a Riemann-féle sokaságok fő jellemzőjéről; másrészt a holonómia tanulmányozása technikailag egyszerűbb feladat.
Bár a finomszerkezeti állandót Arnold Sommerfeld német elméleti fizikus már 1916-ban bevezette, még mindig nincs végleges válasz arra a kérdésre, hogy valóban állandó-e. "Méréseink eredménye szerint nem, nem az!" – mondja John Webb ausztrál fizikus, a Sydney-i Új-Dél-Wales Egyetem professzora. Tíz évvel ezelőtt egy általa vezetett tudóscsoport a hawaii amerikai Keck teleszkóp segítségével elemezte azokat a változásokat, amelyeken a távoli kvazárok fénye megy keresztül, amikor áthaladnak az intergalaktikus gáz- és porfelhőkön, és megállapították, hogy az abszorpciós spektrumok némileg eltérnek az előre jelzetttől. . Ennek a jelenségnek egyetlen magyarázata lehetett: néhány milliárd évvel ezelőtt a finomszerkezeti állandó értéke valamivel kisebb volt, mint ma.
A topológia és a kvantummechanika határterületén végzett kutatások az anyag egy teljesen új formájának létezésére utalnak.
1970-ben egy fiatal szovjet fizikus szokatlan javaslatot tett. Vitalij Efimov, aki jelenleg a Washingtoni Egyetemen (USA) dolgozik, kimutatta, hogy azok a kvantumobjektumok, amelyek nem tudnak párokat alkotni, hármasokat alkothatnak.
2006-ban egy ausztrál tudóscsoport fedezte fel ennek az úgynevezett "Efimov-állapotnak" az első példáját egy céziumatomokból álló hideg gázban.
Első pillantásra ez ellentmondásosnak tűnhet. Végtére is, azok a kötések, amelyek három objektumot tartanak össze, pontosan ugyanazok, mint egy párban. De valójában ez nem így van, van köztük egy finom, de lényeges különbség.
Képletek megjelenítéséhez használhatja a "$$" környezetet és a \TeX jelölést.
Az ókorban az emberek azt hitték, hogy a föld lapos, és három bálnán áll, aztán kiderült, hogy az ökuménénk kerek, és ha állandóan nyugat felé hajózol, akkor egy idő után visszatérsz a kiindulási pontodhoz. keleti. Hasonló módon változott a világegyetem képe. Egy időben Newton azt hitte, hogy a tér lapos és végtelen. Einstein megengedte, hogy világunk ne csak határtalan és görbe legyen, hanem zárt is. A háttérsugárzás tanulmányozása során nyert legfrissebb adatok azt mutatják, hogy az Univerzum valószínűleg bezárkózott önmagába. Kiderült, hogy ha folyamatosan repülsz a Földről, akkor egy ponton közeledni kezdesz hozzá, és végül visszatérsz, megkerülve az egész Univerzumot, és egy világkörüli utat teszel meg, akárcsak Magellán egyik hajója, miután megkerülte az egész földgömböt, elhajózott a spanyol Sanlúcar de Barrameda kikötőjébe.
Az a hipotézis, hogy univerzumunk az Ősrobbanás eredményeként született, ma már általánosan elfogadottnak tekinthető. Az anyag kezdetben nagyon forró volt, sűrű és gyorsan terjedt. Aztán az univerzum hőmérséklete több ezer fokra csökkent. Az anyag abban a pillanatban elektronokból, protonokból és alfa-részecskékből (héliummagokból) állt, vagyis erősen ionizált gázplazma volt, amely átlátszatlan a fényre és bármilyen elektromágneses hullámra. Az atommagok és elektronok ekkor megindult rekombinációja (összekapcsolása), vagyis a hidrogén és a hélium semleges atomjainak kialakulása gyökeresen megváltoztatta az Univerzum optikai tulajdonságait. Átlátszóvá vált a legtöbb elektromágneses hullám számára.
Így a fény- és rádióhullámok tanulmányozásával csak azt lehet látni, ami a rekombináció után történt, és mindent, ami korábban történt, egyfajta ionizált anyag „tűzfala” zár le előttünk. Sokkal mélyebben az Univerzum történetébe csak akkor lehet beletekinteni, ha megtanuljuk, hogyan kell regisztrálni az ereklye-neutrínókat, amelyek számára a forró anyag sokkal korábban vált átlátszóvá, és az elsődleges gravitációs hullámokat, amelyek számára a bármilyen sűrűségű anyag nem akadály, de ez ez a jövő kérdése, és távol áll attól, a legközelebbi.
A semleges atomok kialakulása óta Univerzumunk körülbelül 1000-szeresére tágult, és a rekombinációs korszak sugárzását ma mintegy három Kelvin-fok hőmérsékletű ereklye mikrohullámú háttérként figyeljük meg a Földön. Ez a háttér, amelyet először 1965-ben fedeztek fel egy nagy rádióantenna tesztelésekor, gyakorlatilag minden irányban azonos. A modern adatok szerint százmilliószor több az ereklyefoton, mint az atom, így világunk egyszerűen fürdik az Univerzum életének legelső perceiben kibocsátott, erősen kivörösödött fénysugárban.
Klasszikus tértopológia
100 megaparszeknál nagyobb léptékeken az Univerzumnak az általunk látott része meglehetősen homogén. Az anyaggalaxisok összes sűrű csomópontja, halmazai és szuperhalmazai csak rövidebb távolságból figyelhetők meg. Ráadásul az Univerzum izotróp is, vagyis tulajdonságai minden irányban azonosak. Ezek a kísérleti tények minden olyan klasszikus kozmológiai modell alapját képezik, amelyek gömbszimmetriát és az anyageloszlás térbeli homogenitását feltételezik.
Az Einstein-féle általános relativitáselmélet (GR) egyenletek klasszikus kozmológiai megoldásai, amelyeket Alexander Friedman talált meg 1922-ben, a legegyszerűbb topológiájú. Térmetszeteik síkra (végtelen megoldások esetén) vagy gömbökre (korlátos megoldások esetén) hasonlítanak. De kiderült, hogy az ilyen univerzumoknak van alternatívája: egy élek és határok nélküli univerzum, egy véges térfogatú, önmagába zárt univerzum.
A Friedman által talált első megoldások olyan univerzumokat írtak le, amelyek csak egyfajta anyaggal vannak telve. Különböző képek születtek az anyag átlagos sűrűségének különbségéből: ha ez meghaladta a kritikus szintet, akkor pozitív térgörbületű, véges dimenziójú és élettartamú zárt univerzumot kaptunk. Tágulása fokozatosan lelassult, megállt, és egy pontig történő összehúzódás váltotta fel. A kritikusnál kisebb sűrűségű univerzum negatív görbületű és végtelenül tágul, inflációja valamilyen állandó értékre hajlott. Ezt a modellt nyitottnak nevezik. A lapos Univerzum egy köztes eset, amelynek sűrűsége pontosan megegyezik a kritikussal, végtelen, pillanatnyi térmetszete pedig egy nulla görbületű lapos euklideszi tér. A lapos, akárcsak a nyitott, korlátlanul tágul, de tágulási üteme nullára hajlamos. Később bonyolultabb modelleket találtak ki, amelyekben egy homogén és izotróp univerzumot egy többkomponensű, idővel változó anyaggal töltöttek meg.
A modern megfigyelések azt mutatják, hogy az Univerzum most gyorsulással tágul (lásd "Beyond the Universe's Event Horizon", 2006. 3. szám). Ez a viselkedés akkor lehetséges, ha a teret valamilyen anyaggal (gyakran sötét energiának nevezik), amelynek nagy negatív nyomása közel van ennek az anyagnak az energiasűrűségéhez. A sötét energia ezen tulajdonsága egyfajta antigravitáció kialakulásához vezet, amely nagy léptékben legyőzi a közönséges anyag vonzó erőit. Az első ilyen modellt (az úgynevezett lambda kifejezéssel) maga Albert Einstein javasolta.
Az Univerzum speciális tágulásának módja jön létre, ha ennek az anyagnak a nyomása nem marad állandó, hanem az idő múlásával növekszik. Ebben az esetben a méretnövekedés olyan gyorsan felépül, hogy az univerzum véges idő alatt végtelenné válik. A térbeli dimenziók ilyen éles felfúvódását, amely az összes anyagi objektum pusztulásával jár, a galaxisoktól az elemi részecskékig, Big Rip-nek nevezik.
Mindezek a modellek nem feltételezik az Univerzum különleges topológiai tulajdonságait, és a megszokott terünkhöz hasonlóan reprezentálják azt. Ez a kép jól egyezik azokkal az adatokkal, amelyeket a csillagászok infravörös, látható, ultraibolya és röntgensugárzást rögzítő teleszkópok segítségével kapnak. És csak a rádiós megfigyelések adatai, nevezetesen a reliktum hátterének részletes tanulmányozása keltette kétségbe a tudósokat, hogy világunk ilyen egyenesen van berendezve.
A tudósok nem tudnak majd benézni a „tűzfal” mögé, amely elválaszt minket Univerzumunk életének első ezer évének eseményeitől. Ám az űrbe bocsátott laboratóriumok segítségével évről évre egyre többet tudunk meg arról, hogy mi történt a forró plazma meleg gázzá történő átalakulása után.
Orbitális rádióvevő
A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás erejét mérő WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) űrobszervatórium első eredményei 2003 januárjában jelentek meg, és olyan sok régóta várt információt tartalmaztak, hogy megértése még ma sem fejeződött be. Általában a fizikát használják az új kozmológiai adatok magyarázatára: az anyag halmazállapot-egyenletei, a tágulási törvények és a kezdeti zavarok spektrumai. De ezúttal a sugárzás észlelt szöginhomogenitásának természete egészen más, geometriai magyarázatot igényelt. Pontosabban topologikus.
A WMAP fő célja az volt, hogy részletes térképet készítsen a kozmikus mikrohullámú háttér (vagy más néven a mikrohullámú háttér) hőmérsékletéről. A WMAP egy rendkívül érzékeny rádióvevő, amely egyidejűleg regisztrálja az égbolt két, egymással szemben lévő pontjáról érkező jeleket. Az obszervatóriumot 2001 júniusában indították különösen nyugodt és "csendes" pályára, a Földtől másfél millió kilométerre, az úgynevezett L2 Lagrange-ponton. Ez a 840 kg-os műhold valójában a Nap körüli pályán áll, de a Föld és a Nap gravitációs mezőinek együttes hatása miatt forgási periódusa pontosan egy év, és nem repül el sehova sem a Földről. A műholdat olyan távoli pályára bocsátották, hogy a földi ember által előidézett tevékenységből származó interferencia ne zavarja a reliktum rádiósugárzás vételét.
Az űrrádió-obszervatórium által nyert adatok alapján hatalmas számú kozmológiai paramétert lehetett eddig soha nem látott pontossággal meghatározni. Először is, az Univerzum teljes sűrűségének és a kritikus sűrűségének aránya 1,02 ± 0,02 (vagyis az Univerzumunk lapos vagy nagyon kis görbülettel zárt). Másodszor, a Világunk nagy léptékű tágulását jellemző Hubble-állandó, 72±2 km/s/Mpc. Harmadszor, az Univerzum kora 13,4±0,3 milliárd év, a rekombinációs időnek megfelelő vöröseltolódás pedig 1088±2 (ez átlagos érték, a rekombinációs határ vastagsága jóval nagyobb, mint a jelzett hiba). A legszenzációsabb eredmény az elméleti szakemberek számára a relikviás sugárzási zavarok szögspektruma, pontosabban a második és harmadik harmonikus túl kicsi értéke volt.
Egy ilyen spektrumot úgy hozunk létre, hogy a hőmérsékleti térképet különféle gömbharmonikusok (multipólusok) összegeként ábrázoljuk. Ebben az esetben a változó komponenseket megkülönböztetjük a perturbációk általános képétől, amelyek egész számú alkalommal illeszkednek a gömbre: kvadrupólus 2-szer, oktupólus 3-szor, és így tovább. Minél nagyobb a gömbharmonikus száma, annál több magas frekvenciájú oszcillációt ír le a háttérben, és annál kisebbek a megfelelő "foltok" szögméretei. Elméletileg a gömbharmonikusok száma végtelen, de egy valós megfigyelési térkép esetében korlátozza az a szögfelbontás, amellyel a megfigyeléseket végezték.
Az összes gömbharmonikus helyes méréséhez szükség van a teljes égi szféra térképére, és a WMAP egy év múlva megkapja az ellenőrzött verzióját. Az első ilyen nem túl részletes térképeket 1992-ben kaptuk a Relic és a COBE (Cosmic Background Explorer) kísérletekben.
Hogyan néz ki egy bagel, mint egy kávéscsésze?
Létezik a matematikai topológiának egy olyan ága, amely a testek tulajdonságait tárja fel, amelyek bármilyen alakváltozásuk alatt rések és ragasztások nélkül megmaradnak. Képzeljük el, hogy a minket érdeklő geometriai test rugalmas és könnyen deformálódik. Ebben az esetben például egy kocka vagy egy piramis könnyen gömbbé vagy palackká alakítható, a tórusz („fánk”) egy fogantyús kávéscsészévé, de a gömbből nem lesz lehetőség. csésze fogantyúval, ha nem szakítja és ragasztja ezt a könnyen deformálható testet. Ahhoz, hogy egy gömböt két egymáshoz nem kapcsolódó darabra oszthassunk, elég egy zárt vágást végezni, és ehhez egy tórusszal is csak két vágást végezhetünk. A topológusok egyszerűen imádnak mindenféle egzotikus építményt, mint például a lapos tórusz, a szarvas gömb vagy a Klein-palack, amelyeket csak kétszer akkora méretű térben lehet helyesen ábrázolni. Tehát az önmagába zárt háromdimenziós Univerzumunk csak egy hatdimenziós térben élve képzelhető el könnyen. A kozmikus topológusok még nem hatolnak bele az időbe, meghagyva annak a lehetőségét, hogy egyszerűen lineárisan folyjanak, anélkül, hogy bármibe is belezárnának. Tehát az a képesség, hogy ma hét dimenziós térben dolgozzunk, elég ahhoz, hogy megértsük, milyen összetett a dodekaéderes Univerzumunk.
A végső CMB hőmérsékleti térkép olyan térképek alapos elemzésén alapul, amelyek öt különböző frekvenciatartományban mutatják a rádiósugárzás intenzitását.
Váratlan döntés
A legtöbb gömbharmonikus esetében a kapott kísérleti adatok egybeestek a modellszámításokkal. Csak két harmonikus, a kvadrupólus és az oktupólus bizonyult egyértelműen a teoretikusok által várt szint alattinak. Ráadásul rendkívül kicsi annak a valószínűsége, hogy ilyen nagy eltérések véletlenül előfordulhatnak. A kvadrupól és oktupol szuppressziót már a COBE adatokban is megfigyelték. Az ezekben az években készült térképek azonban gyenge felbontásúak és nagy zajszintűek voltak, így ennek a kérdésnek a tárgyalását jobb időkre halasztották. Hogy a kozmikus mikrohullámú háttér intenzitásának két legnagyobb léptékű fluktuációjának amplitúdója miért bizonyult olyan kicsinek, elsőre teljesen érthetetlen volt. Elfojtásukra mindeddig nem sikerült fizikai mechanizmust kitalálni, mivel annak az egész megfigyelhető Univerzum léptékében kell hatnia, homogénebbé téve azt, és egyúttal abba kell hagynia a kisebb léptékű működését, lehetővé téve azt. hogy erősebben ingadozzon. Valószínűleg ezért kezdtek alternatív utakat keresni, és találtak topológiai választ a felmerült kérdésre. A fizikai probléma matematikai megoldása meglepően elegánsnak és váratlannak bizonyult: elég volt azt feltételezni, hogy az Univerzum egy önmagába zárt dodekaéder. Ekkor a kisfrekvenciás harmonikusok elnyomása a háttérsugárzás térbeli nagyfrekvenciás modulációjával magyarázható. Ez a hatás a rekombináló plazma ugyanazon régiójának ismételt megfigyelésének köszönhető a zárt dodekaéder tér különböző részein. Kiderült, hogy az alacsony harmonikusok úgymond kialszanak egy rádiójelnek az Univerzum különböző oldalain való áthaladása miatt. Egy ilyen topológiai világmodellben a dodekaéder egyik lapja közelében végbemenő események közelinek és ellentétes lapnak bizonyulnak, mivel ezek a régiók azonosak, és valójában az Univerzum egy és ugyanazon részét képezik. Emiatt kiderül, hogy az átmérővel ellentétes oldalakról a Földre érkező reliktum fényt az elsődleges plazma ugyanazon régiója bocsátja ki. Ez a körülmény a CMB spektrum alsó felharmonikusainak elnyomásához vezet még egy olyan Univerzumban is, amely csak kicsivel nagyobb, mint a látható eseményhorizont.
Anizotrópia térkép
A cikk szövegében említett kvadrupólus nem a legalacsonyabb gömbharmonikus. Ezen kívül van egy monopólus (nulla harmonikus) és egy dipólus (első harmonikus). A monopólus nagyságát a kozmikus mikrohullámú háttér átlaghőmérséklete határozza meg, ami ma 2,728 K. Az általános háttérből levonva a dipólus komponens bizonyul a legnagyobbnak, megmutatva, hogy mekkora a hőmérséklet az egyikben a minket körülvevő tér félgömbjei magasabban vannak, mint a másikban. Ennek az összetevőnek a jelenlétét elsősorban a Föld és a Tejútrendszer CMB-hez viszonyított mozgása okozza. A Doppler-effektus miatt a hőmérséklet a mozgás irányába emelkedik, ellenkező irányban csökken. Ez a körülmény lehetővé teszi bármely objektum sebességének meghatározását a kozmikus háttérsugárzáshoz képest, és így bevezeti a régóta várt abszolút koordináta-rendszert, amely az egész Univerzumhoz képest lokálisan nyugalomban van.
A Föld mozgásával összefüggő dipólusanizotrópia nagysága 3,353*10-3 K. Ez a Nap mintegy 400 km/s sebességű háttérsugárzáshoz viszonyított mozgásának felel meg. Ugyanakkor „repülünk” az Oroszlán és a Kehely csillagkép határa felé, és „elrepülünk” a Vízöntő csillagképtől. Galaxisunk a helyi galaxiscsoporttal együtt, ahová tartozik, körülbelül 600 km/s sebességgel mozog az ereklyéhez képest.
A háttértérképen látható összes többi zavart (a kvadrupólustól kezdve és a felett) az anyag sűrűségének, hőmérsékletének és sebességének inhomogenitása okozza a rekombináció határán, valamint a galaxisunkból származó rádiósugárzás. A dipóluskomponens levonása után az összes többi eltérés teljes amplitúdója csak 18 * 10-6 K. A Tejútrendszer saját sugárzásának (főleg a galaktikus egyenlítő síkjában koncentrálódó) kizárása érdekében a mikrohullámú megfigyelések 22,8 GHz és 93 ,5 GHz közötti tartományban öt frekvenciasávban hajtják végre.
Kombinációk Thorral
A gömbnél vagy síknál bonyolultabb topológiájú legegyszerűbb test egy tórusz. Aki fánkot tartott a kezében, az el tudja képzelni. A lapos tórusz egy másik helyes matematikai modelljét egyes számítógépes játékok képernyői mutatják be: ez egy négyzet vagy téglalap, amelynek ellentétes oldalait azonosítják, és ha a mozgó tárgy lefelé esik, akkor felülről jelenik meg; a képernyő bal szélét átlépve a jobb mögül jelenik meg, és fordítva. Egy ilyen tórusz a legegyszerűbb példa egy nem triviális topológiájú világra, amelynek véges térfogata van, és nincsenek határai.
A háromdimenziós térben hasonló eljárást lehet végrehajtani egy kockával is. Ha azonosítja a szemközti lapjait, akkor egy háromdimenziós tórusz jön létre. Ha belenézünk egy ilyen kocka belsejébe a környező térbe, egy végtelen világot láthatunk, amely egyetlen és egyedi (nem ismétlődő) részének másolataiból áll, és amelynek térfogata meglehetősen véges. Egy ilyen világban nincsenek határok, hanem az eredeti kocka éleivel párhuzamosan három kiválasztott irány van, amelyek mentén az eredeti objektumok periodikus sorai figyelhetők meg. Ez a kép nagyon hasonlít ahhoz, amit egy tükrös falú kocka belsejében láthatunk. Igaz, ha egy ilyen világ bármely oldalát megnézi, a fejét látja, és nem az arcát, mint a nevetés földi szobájában. Helyesebb modell lenne egy 6 TV-kamerával és 6 lapos LCD monitorral felszerelt helyiség, amelyek a szemben elhelyezett filmes kamera által készített képet jelenítik meg. Ebben a modellben a látható világ egy másik televíziós dimenzióba való kilépés miatt bezárul önmagába.
A kisfrekvenciás harmonikusok elnyomásának fentebb leírt képe akkor helyes, ha az idő, ameddig a fény áthalad a kezdeti térfogaton, elég kicsi, vagyis ha a kezdeti test méretei kicsik a kozmológiai léptékekhez képest. Ha az Univerzum megfigyelésre hozzáférhető részének (az univerzum horizontjának) méretei kisebbnek bizonyulnak, mint a kezdeti topológiai térfogat méretei, akkor a helyzet nem fog különbözni attól, amit a szokásosnál látunk. végtelen Einstein-univerzum, és a CMB spektrumában nem lesz anomália.
Egy ilyen kockavilágban a lehetséges legnagyobb térbeli léptéket az eredeti test méretei határozzák meg, a két test közötti távolság nem haladhatja meg az eredeti kocka főátlójának felét. A rekombinációs határról hozzánk érkező fény az út során többször is keresztezheti az eredeti kockát, mintha tükröződne annak tükörfalaiban, emiatt a sugárzás szögszerkezete torzul, a kisfrekvenciás ingadozások pedig nagyfrekvenciássá válnak. Ebből kifolyólag minél kisebb a kezdeti térfogat, annál erősebben gátolja a legalacsonyabb nagy léptékű szögingadozásokat, ami azt jelenti, hogy az ereklye hátterét tanulmányozva megbecsülhető Univerzumunk mérete.
3D mozaikok
Lapos topológiailag összetett háromdimenziós Univerzum csak kockák, paralelepipedonok és hatszögletű prizmák alapján építhető fel. Az ívelt tér esetében a figurák szélesebb osztálya rendelkezik ilyen tulajdonságokkal. Ebben az esetben a WMAP kísérletben kapott szögspektrumok leginkább az Univerzum dodekaéder modelljével egyeznek. Ez a szabályos poliéder, amelynek 12 ötszögletű lapja van, egy ötszögletű foltokból varrt futballlabdára hasonlít. Kiderült, hogy egy kis pozitív görbületű térben szabályos dodekaéderek kitölthetik az egész teret lyukak és kölcsönös metszéspontok nélkül. A dodekaéder mérete és görbülete közötti bizonyos arány mellett ehhez 120 gömb alakú dodekaéder szükséges. Sőt, ez a több száz „golyóból” álló összetett szerkezet egy topológiailag ekvivalensre redukálható, amely csak egy dodekaéderből áll, amelyben 180 fokkal elforgatott szemközti lapok vannak azonosítva.
Az ilyen dodekaéderből kialakított univerzum számos érdekes tulajdonsággal rendelkezik: nincsenek preferált irányai, és a legtöbb más modellnél jobban leírja a CMB legalacsonyabb szögharmonikusainak nagyságát. Ilyen kép csak egy zárt világban keletkezik, ahol a tényleges anyagsűrűség és a kritikus sűrűség aránya 1,013, ami a mai megfigyelések által megengedett értéktartományba esik (1,02±0,02).
A Föld közönséges lakója számára ezeknek a topológiai bonyodalmaknak első pillantásra nincs sok jelentősége. De a fizikusok és filozófusok számára ez teljesen más kérdés. Mind a világnézet egésze, mind a világunk szerkezetét magyarázó egységes elmélet szempontjából ez a hipotézis nagy érdeklődésre tart számot. Ezért, miután anomáliákat fedeztek fel az ereklye spektrumában, a tudósok olyan egyéb tényeket kezdtek keresni, amelyek megerősíthetik vagy megcáfolhatták a javasolt topológiai elméletet.
Hangzó plazma
A CMB fluktuációs spektrumon a piros vonal jelzi az elméleti modell előrejelzéseit. A körülötte lévő szürke folyosó a megengedett eltérések, a fekete pontok pedig a megfigyelések eredményei. A legtöbb adatot a WMAP kísérletben kaptuk, és csak a legmagasabb harmonikusokra adjuk hozzá a CBI (ballon) és ACBAR (antarktiszi talaj) vizsgálatok eredményeit. Az ereklyesugárzás fluktuációinak szögspektrumának normalizált görbéjén több maximum látható. Ezek az úgynevezett "akusztikus csúcsok", vagy "Szaharov-oszcillációk". Létezésüket elméletileg Andrej Szaharov jósolta meg. Ezeket a csúcsokat a Doppler-effektus okozza, és a plazma mozgása okozza a rekombináció idején. Az oszcillációk maximális amplitúdója a rekombináció pillanatában az ok-okozati összefüggésben lévő régió (hanghorizont) méretére esik. Kisebb léptékeken a plazma oszcillációit a fotonviszkozitás csillapította, míg nagyobb léptékeken a perturbációk egymástól függetlenek voltak és nem voltak fázisban. Ezért a modern korban megfigyelt maximális fluktuációk abba a szögbe esnek, amelyen a hanghorizont ma látható, vagyis a rekombináció idején egyetlen életet élő elsődleges plazma régiójába. A maximum pontos helyzete az Univerzum teljes sűrűségének és a kritikus sűrűségének arányától függ. A megfigyelések azt mutatják, hogy az első, legmagasabb csúcs megközelítőleg a 200. harmonikusnál található, ami az elmélet szerint nagy pontossággal egy lapos euklideszi univerzumnak felel meg.
A második és az azt követő akusztikus csúcsok sok információt tartalmaznak a kozmológiai paraméterekről. Létezésük azt a tényt tükrözi, hogy a rekombináció korszakában a plazma akusztikus oszcillációi "fázisodnak". Ha nem lenne ilyen kapcsolat, akkor csak az első csúcs figyelhető meg, és minden kisebb skálán egyformán valószínűek lennének az ingadozások. De ahhoz, hogy a különböző léptékű ingadozások ilyen ok-okozati összefüggése létrejöhessen, ezeknek az (egymástól nagyon távoli) régióknak kölcsönhatásba kellett lépniük egymással. Ez a helyzet az inflációs Univerzum-modellben természetesen adódik, és a CMB-ingadozások szögspektrumában a második és az azt követő csúcsok magabiztos észlelése ennek a forgatókönyvnek az egyik legsúlyosabb megerősítése.
A reliktum sugárzást a termikus spektrum maximumához közeli tartományban figyelték meg. 3K hőmérséklet esetén 1 mm rádióhullámhosszon van. A WMAP valamivel hosszabb, 3 mm-től 1,5 cm-ig terjedő hullámhosszon végezte megfigyeléseit, ez a tartomány egészen közel van a maximumhoz, és kisebb a galaxisunk csillagainak zaja.
Sokrétű világ
A dodekaéder modellben az eseményhorizont és a hozzá nagyon közel eső rekombinációs határ metszi a dodekaéder mind a 12 lapját. A rekombinációs határ és az eredeti poliéder metszéspontja 6 pár kört alkot a mikrohullámú háttértérképen, amelyek az égi szféra ellentétes pontjain helyezkednek el. Ezeknek a köröknek a szögátmérője 70 fok. Ezek a körök az eredeti dodekaéder ellentétes lapjain fekszenek, azaz geometriailag és fizikailag egybeesnek. Ennek eredményeként a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás fluktuációinak eloszlásának az egyes körpárok mentén egybe kell esnie (figyelembe véve a 180 fokos elfordulást). A rendelkezésre álló adatok alapján ilyen köröket még nem sikerült kimutatni.
De ez a jelenség, mint kiderült, összetettebb. A körök csak a háttérháttérhez képest mozdulatlan megfigyelő számára lesznek azonosak és szimmetrikusak. A Föld viszont kellően nagy sebességgel mozog hozzá képest, ami miatt a háttérsugárzásban jelentős dipólkomponens jelenik meg. Ebben az esetben a körök ellipszisekké alakulnak, megváltozik a méretük, az égbolton elfoglalt helyük és az átlaghőmérséklet a kör mentén. Sokkal nehezebbé válik az azonos körök kimutatása ilyen torzulások jelenlétében, és a ma rendelkezésre álló adatok pontossága nem válik elegendővé, új megfigyelésekre van szükség annak megállapításához, hogy vannak-e vagy sem.
Multilinked infláció
A topológiailag összetett kozmológiai modellek közül talán a legsúlyosabb probléma, és jelentős részük már felmerült, főként elméleti jellegű. Ma az Univerzum evolúciójának inflációs forgatókönyve standardnak számít. Azt javasolták, hogy megmagyarázzák a megfigyelhető univerzum nagy homogenitását és izotrópiáját. Szerinte a megszületett Univerzum eleinte meglehetősen inhomogén volt. Aztán az infláció során, amikor az Univerzum egy exponenciálishoz közeli törvény szerint tágul, kezdeti méretei sok nagyságrenddel növekedtek. Ma a Nagy Univerzumnak csak egy kis részét látjuk, amelyben még mindig megmaradtak a heterogenitások. Igaz, akkora térbeli kiterjedésűek, hogy a számunkra hozzáférhető területen belül láthatatlanok. Az inflációs forgatókönyv messze a legjobban kidolgozott kozmológiai elmélet.
Egy többszörösen összekapcsolt univerzumhoz egy ilyen eseménysor nem megfelelő. Ebben minden egyedi része és néhány legközelebbi másolata megfigyelhető. Ebben az esetben a megfigyelt horizontnál sokkal nagyobb léptékekkel leírt struktúrák vagy folyamatok nem létezhetnek.
A kozmológia fejlődésének irányai, ha Univerzumunk többszörös összekapcsolódása beigazolódik, már világosak: ezek nem inflációs modellek és az úgynevezett gyenge inflációjú modellek, amelyekben az univerzum mérete csak nő. néhányszor (vagy tízszer) az infláció során. Még nincsenek ilyen modellek, és a tudósok, akik megpróbálják megőrizni a világról alkotott ismerős képet, aktívan keresik a hibákat az űrrádióteleszkóppal kapott eredményekben.
Műtermékek feldolgozása
A WMAP adatok független vizsgálatát végző csoportok egyike arra hívta fel a figyelmet, hogy a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás kvadrupólus és oktupólus komponensei közel vannak egymáshoz, és a galaktikus egyenlítővel majdnem egybeeső síkban helyezkednek el. Ennek a csoportnak az a következtetése, hogy hiba történt a Galaxis hátterének kivonása során a mikrohullámú háttér megfigyeléseinek adataiból, és a harmonikusok valós nagysága teljesen más.
A WMAP megfigyeléseket 5 különböző frekvencián végeztük, kifejezetten a kozmológiai és a lokális háttér helyes elkülönítése érdekében. A WMAP központi csapata pedig úgy véli, hogy a megfigyelések feldolgozása helyesen történt, és elutasítja a javasolt magyarázatot.
A rendelkezésre álló, 2003 elején publikált kozmológiai adatok csak az első évi WMAP megfigyelések eredményeinek feldolgozása után kerültek elő. A javasolt hipotézisek teszteléséhez, mint általában, a pontosság növelésére van szükség. 2006 elejére a WMAP négy éve folyamatos megfigyeléseket végez, ami elégnek kell lennie a pontosság megduplázásához, de ezeket az adatokat még nem publikálták. Várnunk kell egy kicsit, és talán az Univerzum dodekaéder topológiájával kapcsolatos feltevéseink teljesen meggyőző jellegűek lesznek.
Mihail Prohorov, a fizikai és matematikai tudományok doktora
A klasszikus kozmológiai modellek mellett az általános relativitáselmélet lehetővé teszi nagyon-nagyon-nagyon egzotikus képzeletbeli világok létrehozását.
Számos klasszikus kozmológiai modell létezik az általános relativitáselmélet segítségével, kiegészítve a tér homogenitásával és izotrópiájával (lásd „PM” 2012. 6. szám, Hogyan fedezték fel az Univerzum tágulását). Einstein zárt univerzumának állandó pozitív térgörbülete van, ami az úgynevezett kozmológiai paraméternek a GR-egyenletekbe történő bevezetése miatt válik statikussá, amely antigravitációs mezőként működik. A gyorsuló, nem görbült térrel rendelkező de Sitter univerzumban nincs közönséges anyag, hanem antigravitációs mezővel is meg van töltve. Alexander Friedmannak is vannak zárt és nyitott univerzumai; Einstein - de Sitter határvilága, amely az idő múlásával fokozatosan nullára csökkenti a tágulási sebességet, és végül a Lemaitre-univerzum, amely egy ultrakompakt kezdeti állapotból nő ki, az Ősrobbanás kozmológiájának ősa. Mindegyik, és különösen Lemaitre modellje, Univerzumunk modern standard modelljének elődjei lettek.
Vannak azonban más univerzumok is, amelyeket szintén a GR-egyenletek nagyon kreatív – ahogyan azt ma szokás mondani – felhasználásával hozták létre. Sokkal kevésbé (vagy egyáltalán nem) felelnek meg a csillagászati és asztrofizikai megfigyelések eredményeinek, de sokszor nagyon szépek, sőt néha elegánsan paradoxon is. Igaz, a matematikusok és a csillagászok olyan mennyiségben találták fel őket, hogy a képzeletbeli világok legérdekesebb példái közül csak néhányra kell korlátoznunk magunkat.
A madzagtól a palacsintáig
Einstein és de Sitter alapművének megjelenése (1917) után sok tudós elkezdte az általános relativitáselmélet egyenleteit használni kozmológiai modellek létrehozására. Az elsők között Edward Kasner New York-i matematikus tette ezt, aki 1921-ben publikálta megoldását.
Univerzuma nagyon szokatlan. Nemcsak gravitációs anyaga nincs, de antigravitációs tere sem (más szóval, nincs Einstein-féle kozmológiai paraméter). Úgy tűnik, ebben az ideálisan üres világban semmi sem történhet. Kasner azonban elismerte, hogy hipotetikus univerzuma eltérően fejlődött különböző irányokba. Két koordinátatengely mentén bővül, de a harmadik tengely mentén szűkül. Ezért ez a tér nyilvánvalóan anizotróp és geometriailag hasonló egy ellipszoidhoz. Mivel egy ilyen ellipszoidot két irányba nyújtanak, és a harmadik mentén összehúzódnak, fokozatosan lapos palacsintává válik. A Kasner-univerzum ugyanakkor semmiképpen sem vékonyodik, térfogata az életkorral arányosan növekszik. A kezdeti pillanatban ez a kor egyenlő nullával - és ezért a hangerő is nulla. Kasner univerzumai azonban nem pontszingularitásból születnek, mint Lemaitre világa, hanem valami végtelenül vékony küllőből – kezdeti sugara az egyik tengely mentén a végtelen, a másik kettő mentén nulla.
Mi a titka ennek az üres világnak a fejlődésének? Mivel tere különböző irányok mentén eltérően „eltolódik”, gravitációs árapály-erők keletkeznek, amelyek meghatározzák a dinamikáját. Úgy tűnik, hogy kiküszöbölhetők a tágulási sebességek mindhárom tengely mentén történő kiegyenlítésével, és ezáltal az anizotrópia kiküszöbölésével, de a matematika nem enged ilyen szabadságokat. Igaz, a három sebesség közül kettőt nullára állíthatunk (más szóval rögzíthetjük az univerzum méreteit két koordinátatengely mentén). Ebben az esetben a Kasner-világ csak egy irányba, és szigorúan az idővel arányosan nő (ez könnyen érthető, hiszen így kell növekednie a térfogatának), de ez minden, amit el tudunk érni.
A Kazner-univerzum csak a teljes üresség feltétele mellett maradhat meg önmaga. Ha hozzáadunk hozzá egy kis anyagot, fokozatosan úgy fog fejlődni, mint egy izotróp Einstein-de Sitter univerzum. Ugyanígy, ha egy nullától eltérő Einstein-paramétert adunk az egyenletekhez, az (anyaggal vagy anélkül) aszimptotikusan belép az exponenciális izotróp tágulás módjába, és egy de Sitter-univerzummá alakul. Az ilyen „adalékok” azonban valójában csak a már kialakult univerzum evolúcióját változtatják meg. Születésükkor gyakorlatilag nem játszanak szerepet, és az univerzum ugyanazon forgatókönyv szerint fejlődik.
Bár a Kasner-világ dinamikusan anizotróp, görbülete minden adott időpontban minden koordinátatengely mentén azonos. A GR-egyenletek azonban lehetővé teszik olyan univerzumok létezését, amelyek nemcsak anizotróp sebességgel fejlődnek, hanem anizotróp görbülettel is rendelkeznek. Ilyen modelleket épített az 1950-es évek elején Abraham Taub amerikai matematikus. Terei bizonyos irányban nyitott univerzumként, máshol zártként viselkedhetnek. Sőt, idővel megváltoztathatják a jelet pluszról mínuszra és mínuszról pluszra. A terük nem csak lüktet, hanem szó szerint kifelé fordul. Fizikailag ezek a folyamatok a gravitációs hullámokhoz köthetők, amelyek olyan erősen deformálják a teret, hogy lokálisan megváltoztatják annak geometriáját gömb alakúról nyereg alakúra és fordítva. Általában furcsa világok, bár matematikailag lehetségesek.
A világok ingadoznak
Nem sokkal Kazner művének megjelenése után Alexander Friedman cikkei jelentek meg, az első 1922-ben, a második 1924-ben. Ezek a dolgozatok meglepően elegáns megoldásokat mutattak be a GR-egyenletekre, amelyek rendkívül konstruktív hatással voltak a kozmológia fejlődésére. Friedman koncepciója azon a feltételezésen alapul, hogy átlagosan az anyag a lehető legszimmetrikusabban oszlik el a világűrben, azaz teljesen homogén és izotróp. Ez azt jelenti, hogy a tér geometriája egyetlen kozmikus idő minden pillanatában minden pontjában és minden irányban azonos (szigorúan véve ezt az időt még helyesen meg kell határozni, de ebben az esetben ez a probléma megoldható). Ebből következik, hogy az univerzum tágulási (vagy összehúzódási) sebessége egy adott pillanatban ismét független az iránytól. Friedmann univerzumai tehát teljesen eltérnek Kasner modelljétől.
Az első cikkben Friedman egy zárt univerzum modelljét építette fel állandó pozitív térgörbülettel. Ez a világ egy végtelen anyagsűrűségű kezdeti pontállapotból keletkezik, egy bizonyos maximális sugárig (és ennek következtében a maximális térfogatig) kitágul, majd ismét összeomlik ugyanabba a szinguláris pontba (matematikai nyelven szingularitásba).
Friedman azonban nem állt meg itt. Véleménye szerint a megtalált kozmológiai megoldás korántsem feltétlenül korlátozódik a kezdeti és a végső szingularitás közötti intervallumra, időben folytatható előre és hátra is. Az eredmény egy végtelen csomó univerzum az időtengelyen, amelyek szingularitási pontokon határolják egymást. A fizika nyelvén ez azt jelenti, hogy a Friedmann-féle zárt univerzum a végtelenségig oszcillálhat, minden összehúzódás után elhal, és a következő tágulásban új életre születik. Ez szigorúan periodikus folyamat, mivel minden rezgés ugyanannyi ideig folytatódik. Ezért a világegyetem létezésének minden ciklusa az összes többi ciklus pontos mása.
Friedman a következőképpen kommentálta ezt a modellt A világ mint tér és idő című könyvében: „Továbbá olyan esetek is lehetségesek, amikor a görbületi sugár periodikusan változik: az univerzum egy pontra zsugorodik (a semmivé), majd ismét egy pontból hoz. sugara egy bizonyos értékig, majd a görbületi sugarát csökkentve ponttá változik stb. A hindu mitológia életszakaszokról szóló legendája önkéntelenül is felidéződik; lehet "a világ semmiből teremtéséről" is beszélni, de mindezt egyelőre olyan furcsa tényeknek kell tekinteni, amelyeket nem lehet szilárdan megerősíteni elégtelen csillagászati kísérleti anyaggal.
Néhány évvel Friedman cikkeinek megjelenése után modelljei hírnévre és elismerésre tettek szert. Einsteint komolyan érdekelte az oszcilláló univerzum ötlete, és nem volt egyedül. Richard Tolman, a Caltech matematikai fizika és fizikai kémia professzora 1932-ben vette át az irányítást. Nem volt sem tiszta matematikus, mint Friedman, sem csillagász és asztrofizikus, mint de Sitter, Lemaitre és Eddington. Tolman a statisztikai fizika és a termodinamika elismert szakembere volt, amelyet először a kozmológiával kombinált.
Az eredmények nagyon nem triviálisak voltak. Tolman arra a következtetésre jutott, hogy a kozmosz teljes entrópiájának ciklusról ciklusra növekednie kell. Az entrópia felhalmozódása oda vezet, hogy az univerzum energiájának egyre nagyobb része az elektromágneses sugárzásban koncentrálódik, ami ciklusról ciklusra egyre erősebben befolyásolja annak dinamikáját. Emiatt a ciklusok hossza megnő, minden következő hosszabb lesz, mint az előző. Az oszcillációk továbbra is fennállnak, de megszűnnek periodikusak lenni. Ezenkívül minden új ciklusban a Tolman-univerzum sugara növekszik. Következésképpen a maximális tágulás szakaszában ennek van a legkisebb görbülete, és geometriája egyre inkább és egyre hosszabb ideig közelít az euklideszihez.
Richard Tolman modelljének megalkotása során elszalasztott egy érdekes lehetőséget, amelyre John Barrow és Mariusz Dąbrowski hívta fel a figyelmet 1995-ben. Megmutatták, hogy a Tolman-univerzum oszcillációs rendszere visszafordíthatatlanul tönkremegy egy antigravitációs kozmológiai paraméter bevezetésével. Ebben az esetben a Tolman-univerzum az egyik ciklusban már nem szingularitássá zsugorodik, hanem növekvő gyorsulással kitágul és de Sitter univerzummá alakul, amit a Kazner-univerzum is megtesz hasonló helyzetben. Az antigravitáció, mint a szorgalom, mindent legyőz!
Univerzum a Mixerben
1967-ben David Wilkinson és Bruce Partridge amerikai asztrofizikusok felfedezték, hogy a három évvel korábban felfedezett mikrohullámú sugárzás bármely irányból közel azonos hőmérsékleten érkezik a Földre. Honfitársuk, Robert Dicke által feltalált, rendkívül érzékeny radiométer segítségével kimutatták, hogy a kozmikus mikrohullámú háttérfotonok hőmérséklet-ingadozása nem haladja meg a tized százalékot (a mai adatok szerint jóval kisebb). Mivel ez a sugárzás korábban, mint 400 000 évvel az ősrobbanás után keletkezett, Wilkinson és Partridge eredményei azt sugallták, hogy még ha univerzumunk nem is volt szinte tökéletesen izotróp a születése idején, különösebb késedelem nélkül megszerezte ezt a tulajdonságot.
Ez a hipotézis jelentős problémát jelentett a kozmológia számára. Az első kozmológiai modellekben a tér izotrópiáját a kezdetektől fogva egyszerűen matematikai feltételezésként feltételezték. Azonban már a múlt század közepén ismertté vált, hogy a GR-egyenletek sok nem izotróp univerzum felépítését teszik lehetővé. Ezen eredményekkel összefüggésben a kozmikus mikrohullámú háttér szinte ideális izotrópiája magyarázatot igényelt.
Egy ilyen magyarázat csak az 1980-as évek elején jelent meg, és teljesen váratlannak bizonyult. Az Univerzum létezésének első pillanataiban bekövetkező szupergyors (ahogy szokták mondani, inflációs) tágulásának alapvetően új elméleti koncepciójára épült (lásd: „PM” 2012. 7. szám, Mindenható infláció). Az 1960-as évek második felében a tudomány egyszerűen nem volt megérett az ilyen forradalmi elképzelésekre. De mint tudod, pecsétes papír hiányában egyszerűen írnak.
Egy jeles amerikai kozmológus, Charles Mizner, közvetlenül Wilkinson és Partridge cikkének megjelenése után, egészen hagyományos eszközökkel próbálta megmagyarázni a mikrohullámú sugárzás izotrópiáját. Hipotézise szerint a korai Univerzum inhomogenitásai fokozatosan eltűntek a részeinek kölcsönös "súrlódása" következtében, a neutrínók és a fényáramok cseréje miatt (Mizner ezt a feltételezett hatást első publikációjában neutrínó viszkozitásnak nevezte). Szerinte egy ilyen viszkozitás gyorsan elsimíthatja a kezdeti káoszt, és szinte tökéletesen homogénné és izotrópná teheti az Univerzumot.
Mizner kutatási programja gyönyörűnek tűnt, de gyakorlati eredményt nem hozott. A sikertelenség fő okát ismét a mikrohullámú sugárzás elemzése tárta fel. Bármilyen súrlódással járó folyamat hőt termel, ez a termodinamika törvényeinek elemi következménye. Ha az Univerzum elsődleges inhomogenitásait neutrínó vagy más viszkozitás miatt kisimítanák, a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás energiasűrűsége jelentősen eltérne a megfigyelt értéktől.
Ahogy Richard Matzner amerikai asztrofizikus és már említett angol kollégája, John Barrow is kimutatta az 1970-es évek végén, a viszkózus folyamatok csak a legkisebb kozmológiai inhomogenitásokat tudják megszüntetni. Az Univerzum teljes "kisimításához" más mechanizmusokra volt szükség, melyeket az inflációs elmélet keretében találtak meg.
Ennek ellenére Mizner sok érdekes eredményt ért el. Különösen 1969-ben adott ki egy új kozmológiai modellt, amelynek nevét ... egy konyhai készüléktől, a cég által gyártott otthoni keverőtől kölcsönözte. Sunbeam termékek! Mixmaster Universe minden idő a legerősebb görcsökben üt, amelyek Mizner szerint arra kényszerítik a fényt, hogy zárt utakon keringsen, keverve és homogenizálva a tartalmát. Ennek a modellnek a későbbi elemzése azonban azt mutatta, hogy bár Misner világában a fotonok valóban hosszú utakat tesznek meg, keveredési hatásuk nagyon kicsi.
azonban Mixmaster Universe nagyon érdekes. Friedmann zárt univerzumához hasonlóan nulla térfogatból emelkedik ki, egy bizonyos maximumig kitágul, és saját gravitációja hatására ismét összehúzódik. De ez az evolúció nem zökkenőmentes, mint Friedmané, hanem teljesen kaotikus, ezért a részletekben teljesen kiszámíthatatlan. Fiatalkorban ez az univerzum intenzíven oszcillál, két irányba tágul, a harmadikban pedig összehúzódik – mint Kasnernél. A tágulások és összehúzódások iránya azonban nem állandó – véletlenszerűen helyet cserél. Ezenkívül az oszcillációk gyakorisága az időtől függ, és a kezdeti pillanathoz közeledve a végtelenbe hajlik. Egy ilyen univerzum kaotikus deformációkon megy keresztül, mint a csészealjakon remegő zselé. Ezek az alakváltozások ismét a Kasner-modellnél sokkal hevesebben mozgó gravitációs hullámok megnyilvánulásaként értelmezhetők.
Mixmaster Universe a kozmológia történetébe a "tiszta" általános relativitáselmélet alapján létrehozott legösszetettebb képzeletbeli univerzumként lépett be. Az 1980-as évek elejétől az ilyen jellegű legérdekesebb fogalmak a kvantumtérelmélet és az elemi részecskeelmélet, majd késedelem nélkül a szuperhúrelmélet gondolatait és matematikai apparátusát kezdték használni.
Az ókorban az emberek azt hitték, hogy a Föld lapos, de az idő bebizonyította, hogy tévedtek. Most már az univerzum alakjával is megtéveszthetünk bennünket. Az általános relativitáselmélet a négydimenziós térrel foglalkozik, ahol az időt a negyedik koordinátaként ábrázolják, és ezen elmélet szerint bármely hatalmas test meggörbíti ezt a teret, és az Univerzum teljes tömege gömbbé alakítja a síkját. De ez egy sík a négydimenziós térben, és ez a tér milyen formát ölt, még nem ismert. A legtöbben hajlamosak voltak azt hinni, hogy tórusz alakú.
Grigor Aslanyan, a Kaliforniai Egyetem kozmológusa szerint ez nem éppen egy tórusz. Az univerzum alakja – mondja – a koordinátáinak kiterjedésétől függ. Mindhárom térbeli dimenzióban véges lehet; lehet két véges dimenziója és egy végtelen; két végtelen és egy véges dimenziója is lehet – Aslanyan nem akart három végtelen dimenziót érzékelni. És e három lehetőség mindegyikében a térnek megvan a maga különleges négydimenziós formája. És ami a legfontosabb, Aslanyan tudja, hogyan ellenőrizheti, melyik opciót fogadják el az Univerzumunkban. Ezt úgy próbálta megtudni, hogy összehasonlította számításait a WMAP űrszonda által nyert adatokkal, amely a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás eloszlását vizsgálja az égen.
Igaz, itt egy probléma merült fel - Aslanyan gyorsan rájött, hogy az ilyen bonyolult számítások meghaladják egy közönséges számítógép erejét. Ezután a GRID segítségéhez fordult – egy elosztott számítástechnikai rendszerhez, amely számos számítógépet lefed az interneten keresztül. Magukat a számításokat könnyű volt párhuzamosítani, és az eredmény megszerzéséhez szükséges 500 000 óra elég elfogadható időnek bizonyult.
Az eredmény megerősítette a várakozásokat – elutasította a három végtelen dimenzió lehetőségét. Érdekesnek bizonyult - a tér egy hosszúkás tórusz, durván szólva fánk alakú, pont abban az irányban van megnyúlva, amerre az asztrofizikusok által nemrégiben felfedezett "gonosz tengelye" irányul - az égbolt iránya, ahol az értékek vannak. a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás értéke eltér a más irányú értékektől. Aslanyan azt reméli, hogy pontosabban megtudhatja az univerzum alakját azáltal, hogy idén adatokat kap egy másik Planck nevű műholdtól.
Megjegyzések (10):
"Az általános relativitáselmélet a négydimenziós térrel foglalkozik, ahol az időt negyedik koordinátaként ábrázolják"
A 4. térbeli koordinátákról beszélünk.
Az idő nem térbeli koordináta, hanem evolúciós koordináta.
Ebben rejlik a relativitáselmélet következtetéseinek fő hibája.
Ezek (ezek a következtetések) magukban foglalják az idő irányának kezelését, mint egy közönséges vektor esetében.
De az idő nem térvektor... Az idő a folyamatok alakulásának mértéke, skalár.
És ezért visszafordíthatatlan!
Kezdjük a bagellel. Nincs bagel. Ennek a képnek a lábai abból nőnek ki, hogy Univerzumunknak nagyon nagy, de még mindig véges térfogata van, de nincsenek határai. Ezt meglehetősen egyszerű elképzelni egy kétdimenziós példában: néhány egyszerű számítógépes játékban egy olyan tárgy jelenik meg a bal oldalon, amely túllép a játéktér jobb határán, és amely lefelé - felülről. Még szemléltetőbb példa - háromdimenziós - látható, ha a "Quake" játék bármelyik szintjén (mindenesetre a sorozat első vagy második játéka; esetleg más hasonló 3D-s lövöldözős játék, csak nem kipróbált) használjon egyszerre csalásokat, amelyek lehetővé teszik, hogy áthaladjon a falakon és repüljön, és egyenesen mozogjon bármilyen irányba: a kamera gyorsan elhagyja a helyszínt, virtuális hőse egy ideig fekete űrben repül, majd egy folyosók és helyiségek halmaza, látszólag elmaradt, megjelenik előtte, és a hős ugyanoda tér vissza, ahonnan indult, de az ellenkező oldalról, mintha körbejárta volna a földkerekséget - bár repült. egyenes vonalban. Bármilyen irányban végtelenül sokáig lehet mozogni - határok nincsenek, de a szintet túllépni sem lehet, és "másik térbe" sem repülsz - a hangerő véges és zárt. Ez ugyanaz, mint a valódi Univerzum, csak tágasabb.
Az általános relativitáselméletben azt feltételezik, hogy a fizikai tér nem euklideszi, az anyag jelenléte meggörbíti; görbülete az anyag sűrűségétől és mozgásától függ.
Kiderült, hogy a kritikus sűrűségérték, amelytől az Univerzum jövője függ (korlátlan tágulás vagy leállás és összehúzódás), az Univerzum egészének térszerkezete szempontjából is kritikus.
A térről alkotott elképzeléseink a $\rho$ és a $\rho_(cr)$ közötti kapcsolattól függenek
A megközelítés lényege a következő.
Látjuk a vöröseltolódást távoli galaxisokból, és arra a következtetésre jutunk, hogy a belőlük érkező fény a miénknél nagyobb görbületű térből származik, ez arra késztet bennünket, hogy elgondolkodjunk az Univerzum topológiáján, vagyis a vöröseltolódás képének megfigyelésével topológiát keressünk. és teljesen feladva az Univerzum terének kiterjesztésének gondolatát, mint szándékosan redundáns, megsértve Occam elvét
Tehát az Univerzum terének egy lehetséges változata a HyperThor
1. Képzeljünk el egy gömböt (A) egy nagyobb sugarú (B) gömb belsejében, és ragasszuk össze mindkét gömböt.
A kis gömbből kiinduló fény eléri a nagy gömb felületét, és azonnal kiderül, hogy egy kicsi felületéről jön ki. Egy kis gömb van egy nagyban, egy nagy pedig egy kicsiben.
2. Így is ábrázolható (némi nyújtással, egyetlen fénysugárra)
Legyen két egyforma átmérőjű gömb, a fény az egyik gömbből a másikba megy, és azonnal elhagyja az elsőt, míg a fény a gömbök közepére ment, pirosra vált, majd elkezdett kékülni, mert a fény úgy tűnik, hogy ezek különböző szférák, de ez egy és ugyanaz a szféra. Úgy tűnik, hogy a gömbök gravitálnak (ez egy változó görbületű hipertóruszt ábrázoló támasz)
A legtöbb modell azt feltételezi, hogy a (3+1) tér adott BV-ből. A modellek erre a posztulátumra épülnek. A jövő univerzumainak csírabuborékaival teli gömb (Alexander Kashinsky), egy vékony falú buborék dodekaéder formájában (Jeffie Wixon), egy fánk vagy fánkszerű tórusz (Frank Schneider). Szerintem a dimenziót változónak kell tekinteni, és minden dimenziónak megvan a maga univerzuma. Az evolúció véleményem szerint a következő szakaszokon ment keresztül: (0 + 1), (1 + 1), (2 + 1) ), (3 + 1 ) és esetleg több. Egymásba vannak ágyazva. Például az univerzum (2+1) ugyanazon az időkoordinátán létezik és fejlődik, mint a (3+1). Nehéz ellenőrizni ezt a feltevést, mivel nem valószínű, vagy még kategorikusabban lehetetlen eljutni az egyik dimenzió univerzumából a másikba.
Képletek megjelenítéséhez használhatja a "$$" környezetet és a \TeX jelölést.